基于圖像分析技術的風景區客流分布統計系統

宋 磊，陳國強，林洪波，譚業剛

(山東省泰安市泰山景區信息中心，山東泰安 271000)

隨著中國旅游業的發展，旅游人群快速增長，2010年208個國家級風景名勝區接待游客達5億人次，預計2015年將達8億人次［1］。由于中國假日旅游經濟特點，黃金周和節假日密集出行，帶來景區游客猛增。泰山景區2011年清明節、五一勞動節進山游客量分別達到12.2萬和15萬人，其中5月1日達8.3萬人，創歷史新高［2］。

山岳型風景區游覽面積大、地形復雜、線路曲折、景區分散，各景點、線路冷熱不均，容易形成大量游客擁擠在熱點區域，形成安全隱患，極易發生安全事故，給景區安全管理帶來巨大壓力。人員擁擠、滯留，景區服務措施無法及時保障，旅游質量下降，造成游客旅游感觀較差，嚴重影響旅游景區形象。各風景區均面臨如何實時掌握客流分布情況，提前預警擁擠路段、景點，并進行合理分流及人流控制的現實問題。

1 研究應用現狀

目前，各風景區普遍采用電子門票系統，實現對進

RFID無線射頻卡技術采用在門票中嵌入無線射頻芯片的方法［8］，在景區內設置大量讀取設備，完成相應距離內芯片信息的讀取，以統計各區域游客滯留人數。缺點在于每名游客需要發放無線射頻卡門票，建設大量數據讀取設備，在每年幾百萬游客的數量規模下，設備投入成本較高。

人數監視與統計技術是智能視覺系統研究中一個新領域，人數監視與統計在居民小區、地鐵、超市出入口中有廣泛的應用［3］。自動人數統計技術有多種，如紅外、計算機視覺技術及熱成像［6］等，其中，計算機視覺技術因其具有精度高，靈活性強等特點，尤受國內外研究者的關注［5］。目前風景區普遍建設視頻監控系統，利用現有系統，通過對景區控制節點視頻圖像的人數統計識別，分析景區客流分布情況，為景區客流管理提供一種簡便易行的方案。

2 系統內容

2.1 監控圖像采集

泰山景區歷史文化中軸線:紅門——南天門旅游線每年進山游客量為150萬人，約占泰山景區進山總客流量的50%［2］，由于客流量大，盤道狹窄，每年黃金周和節假日高峰期，上、下山游客交織，部分路段易發生擁堵。2010年“數字泰山”建設，泰山景區成功應用文安人數統計系統建立了景區客流分布統計系統。

在易擁堵區域、景點的必經出入口或關鍵節點安裝視頻監控設備，并通過光纜將監控圖像信號傳送到中心機房。對易擁堵旅游線路、景點進行分析，設計監控方案，沿盤道分別設置關帝廟、萬仙樓、中天門、朝陽洞、南天門共5個客流視頻監控點，采用垂直視角安裝固定式攝像機，圖像用光端機通過光纜回傳機房。監控點分布如圖1所示。

圖1 客流監控點分布圖

2.2 視頻分析

圖像在機房接入視頻分析服務器，進行圖像智能識別分析。系統結構如圖2所示。

圖2 客流分布統計系統結構圖

采用計算機視覺技術，對視頻監控設備提供的視頻信息進行分析，實現雙向進出人數的統計。基本原理接近人類自身視覺系統的識別過程，計算法分為檢測和跟蹤兩個階段。以基于人頭特征進行監測、跟蹤，通過大量樣本訓練得到的檢測器，以人頭為標準，在每幀視頻畫面中定位出每個人的位置。這樣檢測器可以根據單幀畫面即可將人和其他物體區分開，保證了在跟蹤階段，人數統計模塊跟蹤的對象是單獨的人，而不易受到人群擁擠或其他物體的干擾。相對基于人體檢測的方法而言，能夠大幅度地避免檢測目標互相遮擋的問題，提高了檢測的精度［5］，該方法具有較好的實時性和較高的計數準確性［7］。

圖3 基于人頭特征監測、跟蹤實例圖

客流分布統計系統界面如圖4所示。

圖4 客流分布統計系統界面

確定監視區范圍，即感興趣的區域，而在監視區范圍外的點不予考慮。這樣既可以減少噪聲的干擾，又可以提高處理速度［3］。

計算景區線路區域、景點實時客流數量，對區域、景點出入口的智能識別分析數據進行統計計算，獲得區域、景點實時客流數量。

2.3 數據使用

通過景區局域網，各客戶端采用Web瀏覽的方式，登錄服務器，實時查詢各區域人流情況，景區決策層及工作人員根據數據進行游客分流調度。

2.4 GIS系統對接

數字泰山三維GIS系統讀取客流分布系統分析數據，以點、面的形式在三維GIS界面上直觀展示，并根據預先設定的人數報警值，分別用紅、黃、綠色標示不同數量級別。GIS系統界面如圖5所示。

圖5 三維管理平臺的顯示界面

3 系統應用情況

3.1 系統功能

3.1.1 提供常用報表

單位時間單點人數統計;不同時段單點人數對比;單位時間區域人數統計;不同時段區域人數對比;點最繁忙15 min;區域最忙15 min;最小時間單位統計;區域最小時間單位統計。

3.1.2 報表結果內容

報表類型:日報;月報;年報;自定義。

圖像類型:線狀圖;柱狀圖;餅狀圖;表格。

數據類型:進人數;出人數;滯留數;總流量。

3.2 系統準確率調試

系統運行后需要對識別準確率進行調試，以下是關帝廟監控點的調試過程:

表1 人工計數游客量統計與分析

式中，A代表實際人數;B代表軟件計數。

視頻監控頭的檢測角度為與水平面成60°時，一段時間內的系統統計數據與通過該點人工計數游客量進行比較、分析情況如表2所示。

精度公式

表2 系統統計游客量統計與分析

視頻監控頭的檢測角度為與水平面成90°時，一段時間內的系統統計數據與通過該點人工計數游客量進行比較、分析情況如表3所示。

表3 系統統計與通過該點人工計數游客量比較與分析

3.3 系統準確度分析

對2011年3月～5月間一段時間內的系統統計數據與通過各點人工計數游客量進行比較，對系統統計準確率進行分析，情況如表4所示。

表4 2011年3月～5月系統統計數據與通過各點人工計數游客量比較

續表4

由此可見，系統平均率約為91%，滿足風景區統計區域游客量精度需求。

3.4 應用情況

根據系統統計數據分析，2011年上半年，泰山景區客流高峰主要出現在萬仙樓路段凌晨登山客流和十八盤路段上午觀日出后的下山客流。根據系統設定的報警數據，2011年上半年共報警22次。

景區假日指揮部根據系統報警及現場掌握情況，下達了34次分流、限流調度指令，其中關帝廟萬仙樓路段人流控制7次，南天門未了軒、十八盤分流13次，下達旅游車調度指令14次，保障景區安全有序地度過高峰期。

4 建設體會

(1)系統適宜在封閉型風景區旅游道路環境中使用，對于道路復制、分支較多的景區，設計上應考慮分支道路游客量，否則容易造成區域游客數量誤差過大。

(2)視頻監控頭安裝應盡量利用廟、宮、樓等現有建筑物，安裝位置以門洞頂部，安裝高度3～5 m效果最佳。

(3)視頻監控頭安裝角度對于準確率密切相關，檢測角度為“與水平面成60°～90°”效果最好，并且安裝位置與出入口客流成一條直線。

(4)在場景特別大、人流特別多的時候，檢測區域不宜設置太大，否則影響系統運行穩定。

5 結束語

通過在風景區環境下本系統的應用研究，利用風景區管理中普遍存在的監控系統圖像資源，通過研究比較不同設置方案，以較小的投入，達到實時掌握景區重點路段、區域、景點游客分布數量的目的，為景區客流高峰期科學調度、分流決策提供一套完整數據支持，營造安全、秩序、舒適的旅游環境。

［1］高蘊華，趙旭偉.遙感技術在風景名勝區資源保護和管理服務中的應用與探討［J］.數字化城市管理，2011(增刊2):535.

［2］XU Xiaowei，WANG Zhiyan，LIANG Yinghong，et al.A rapid method for passing people counting in monocular video sequences［C］.USA:IEEE，2007:1657 －1662.

［3］樊秋月.基于彩色視頻圖像處理的小區監視及人數統計［J］.通信技術，2010(7):188 －190.

［4］鄭翔翔，張怡.基于頭部檢測和跟蹤的人數統計方法［J］.計算機應用與軟件，2011，28(2):44 －46.

［5］何小映，何紅.人流量統計系統設計［J］.中國科技信息，2007(14):151－156.

［6］顧德軍，伍鐵軍.一種基于人頭特征的人數統計方法研究［J］.機械制造與自動化，2010(4):134 －138.

［7］邵振峰，章小平，馬軍，等.基于物聯網的九寨溝智慧景區管理［J］.物聯網與地理信息系統，2010(5):12－16.